Analisi metabolomica della Sclerosi Laterale Amiotrofica in una coorte di popolazione

Metabolomic analysis of Amyotrophic Lateral Sclerosis in a population-based cohort BACKGROUND: ALS is a rare neurodegenerative disease that is characterized by the degeneration of motor neurons and cognitive and/or behavioural impairment but it is also associated with changes in cellular and systemic metabolism. OBJECTIVE: The purpose of the study is to analyze the metabolites in biological samples of the patients at the diagnosis of ALS with the aim of searching for possible metabolic alterations that could be useful in order to predict the progression of the disease and the mortality and that could help to better classify the patients into groups with similar characteristics. These results could also demonstrate the presence of altered metabolic pathways that can contribute to the pathogenesis of the disease. PATIENTS AND METHODS: The patients of the study are included from the PARALS register (Piedmont and Aosta Register of Amyotrophic Lateral Sclerosis), in particular the patients whose ALS diagnosis is between 01/01/2012 and 31/12/2015, for a total of 600 patients (311 male and 289 female). The examinations considered are the components of the blood count (hemoglobin, red blood cells, platelets, white blood cells count), the creatinine, the albumin, the lipid profile (total cholesterol, triglycerides, HDL, LDL) and creatine kinase. For the analyzes the covariates that are considered are: age, sex, baseline BMI and time (months) from the onset of symptoms to the diagnosis. The effect on survival was assessed by Kaplan Meier analysis. Hazard ratios (HR) were calculated using Cox proportional hazards models. The difference between groups was assessed via ANOVA. The analyzes were performed in R (v.3.6.0). RESULTS: The results of the study demonstrate that patients at the time of diagnosis of ALS have a different metabolic profile at the stages 3 and 4 of the King's staging system compared to stages 1 and 2. They show a reduction in the level of HDL, LDL, cholesterol, CPK, albumin and creatinine. These alterations can be explained by a reduction in body weight (due to muscle loss) and reduction in caloric intake (due to dysphagia and motor difficulties of the upper limbs), but it could also possible that in these patients there is an altered energy expenditure, a condition of hypermetabolism regardless of their nutritional status. With regard to mortality, patients with a more advanced age at onset or with a low BMI have an increased risk of death (HR: 2.48 and HR: 3.32 respectively). Furthermore, the survival is reduced in patients with increased NLR, PLR and MLR ratios: the altered values of these ratios indicate that there are changes in the peripheral immunity related to the systemic inflammation present in ALS. In our study, patients in stages 3 and 4 have lower CK values than patients in stages 1 and 2. Since CK is an indirect marker of muscle damage, the results seem different than expected, but an increase in CK may appear in the early stages of disease as a compensatory mechanism for providing energy substrates in a hyper-catabolic muscle condition. CONCLUSIONS The metabolomic analysis, that is based on the global search for metabolites at the level of biological samples, represents an area of great interest in the study of ALS, also because the ALS is a systemic disease. In fact, the alterations of these metabolites could be used to predict the disease progression, the mortality, but also the respiratory and cognitive impairment.

Michael Maccario 793374 Relatore A. Chiò Analisi metabolomica della Sclerosi Laterale Amiotrofica in una coorte di popolazione BACKGROUND La SLA è una rara patologia neurologica a decorso progressivo caratterizzata dalla degenerazione dei motoneuroni e disturbi cognitivo-comportamentali dello spettro frontotemporale associata anche a cambiamenti a livello del metabolismo sistemico. OBIETTIVO Lo studio si propone di analizzare i metaboliti normalmente dosati nei pazienti nell'ambito del percorso di diagnosi differenziale per ricercare a livello dei campioni biologici dei pazienti con SLA delle possibili alterazioni metaboliche che siano utili dal punto di vista prognostico al fine di predire la progressione di malattia e la mortalità e per meglio classificare i pazienti in gruppi con caratteristiche simili. Tali risultati potrebbero inoltre dimostrare la presenza di pathway metabolici alterati che contribuiscono alla patogenesi della malattia. PAZIENTI E METODI I pazienti la cui data di diagnosi di SLA è compresa tra il 01/01/2012 e il 31/12/2015 per un totale di 600 pazienti (311 uomini e 289 donne) sono stati inclusi a partire dal registro PARALS (Piemonte and Aosta Register of ALS). I dati ematochimici valutati sono i componenti dell'emocromo, la formula leucocitaria, la creatinina, l'albumina, la CK, il profilo lipidico. Per le analisi sono state considerate come covariate età, sesso, BMI al baseline, BMI in buona salute e tempo trascorso dall'esordio dei sintomi alla diagnosi. L'effetto sulla sopravvivenza è stato valutato tramite analisi di Kaplan Meier. Gli Hazard Ratio sono stati calcolati tramite Cox proportional hazards models. La differenza tra gruppi è stata valutata tramite ANOVA. Le analisi sono state eseguite in R (v.3.6.0). RISULTATI I risultati dello studio mostrano che i pazienti affetti da SLA al momento della diagnosi hanno un profilo metabolico diverso quando lo stadio di malattia è avanzato rispetto agli stadi 1 e 2 del King's staging system. Essi presentano una riduzione del livello di HDL, LDL, colesterolo, CPK, albumina e creatinina. Queste alterazioni possono essere spiegate da una riduzione del peso corporeo dovuta alla perdita muscolare e alla riduzione dell'apporto calorico a causa della disfagia e delle difficoltà motorie degli arti superiori, ma non si può escludere che in questi pazienti ci sia un dispendio energetico alterato, una condizione di ipermetabolismo indipendentemente dallo stato nutrizionale. Per quanto concerne la mortalità, i pazienti con un'età all'esordio più avanzata o con un BMI basso presentano un rischio di morte aumentato (HR 2,48 e HR 3,32 rispettivamente). Infine, la sopravvivenza è ridotta nei pazienti con i rapporti NLR, PLR e MLR aumentati: i valori anomali di questi rapporti indicano che ci sono dei cambiamenti nell'immunità periferica correlati all'infiammazione sistemica presente nella SLA. Nel nostro studio i pazienti negli stadi 3 e 4 hanno dei valori di CK più bassi dei pazienti negli stadi 1 e 2. Dal momento che la CK è un indice di danno muscolare, i risultati sembrano diversi dall'atteso: un aumento della CK però potrebbe mostrarsi negli stadi iniziali di malattia come meccanismo di compensazione per fornire substrati energetici in una situazione muscolare ipercatabolica. CONCLUSIONI L'analisi metabolomica, ovvero la ricerca di metaboliti a livello dei campioni biologici, rappresenta un ambito di grande interesse nello studio della SLA anche perché la malattia ha carattere sistemico. Le alterazioni di questi metaboliti infatti potranno essere adoperati dal punto di vista prognostico per predire la progressione di malattia, la mortalità, il deterioramento respiratorio e cognitivo.